超聲靶向微泡破壞技術(shù)在心血管疾病治療中的研究進展

朱桂敏 陸永萍（通訊作者）

（昆明醫(yī)科大學第四附屬醫(yī)院（云南省第二人民醫(yī)院超聲科） 云南 昆明650021）

目前，基因治療在心血管疾病中的應用越來越廣泛。超聲靶向微泡破壞技術(shù)在心血管中的應用主要包括超聲微泡介導基因靶向治療。超聲靶向微泡破壞技術(shù)(ultrasound—targeted microbubbledestruction，UTMD)通過介導基因轉(zhuǎn)染減輕心肌壞死程度，促進血管新生，改善心室重構(gòu)，已成為心血管領(lǐng)域的研究熱點。

1.超聲靶向微泡破壞技術(shù)（UTMD）主要機制

UTMD是指在特定部位發(fā)射不同聲強的超聲波，當超聲強度足夠大時血液中的微泡發(fā)生破裂，通過特殊的生物效應使周圍的血管壁或細胞膜表面出現(xiàn)可逆的或不可逆的穿孔，使血管內(nèi)皮屏障損傷，進而增加血管通透性，增加外源性物質(zhì)到達目標組織或器官中特定部位的劑量，從而成功實現(xiàn)靶向治療的目的[1-2]。這些生物效應主要包括空化效應和聲孔效應?？栈侵敢后w中的微小泡核在超聲波作用下被激發(fā)，體積經(jīng)歷振蕩、壓縮、膨脹和崩潰閉合等一系列動力學過程[3]。聲孔效應是超聲作用于細胞膜上形成暫時性小孔的現(xiàn)象，可促進細胞內(nèi)細胞外物質(zhì)的攝取[4-5]。常用的微泡直徑約1～10um，能順利地穿過毛細血管，但不能通過內(nèi)皮間隙到達靶組織。微泡可以作為一種人造空化核。注射微泡后，血液中空化核濃度增加，可能降低空化閾值，最終增強超聲空化效應。UTMD就是在超聲聲強輻照作用下，超聲微泡可壓縮、膨脹直至崩潰，其“空化效應”、“聲孔效應”可使血管內(nèi)皮細胞連接疏松，局部組織損傷，細胞膜通透性增高和靶細胞膜輕度可逆性損害等去促進目標基因或藥物進入目標組織或細胞，從而達到靶向治療目的[6-8]。UTMD技術(shù)比其他靶向傳遞方法具有優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：安全性高（與病毒載體相比具有低毒性和免疫原性，能夠消除威脅性電離輻射）；成本效益高，無創(chuàng)性和可重復性（微泡始終在血管內(nèi)給藥，這使得重復應用成為可能）；高度的組織特異性[9]（靶基因被選擇性地遞送到唯一感興趣的區(qū)域，而不是非靶向位置）?？偠灾?，UTMD技術(shù)作為一種新興治療方向，在心血管疾病的治療中發(fā)揮越來越重要的作用。

2.UTMD技術(shù)介導的靶向治療在心血管疾病中的應用

2.1 在心臟病變中的應用

超聲微泡介導靶向基因治療可靶向到達心肌組織，為心肌疾病治療開辟了新方法。心肌細胞中特異性miRNA能抑制mRNA的翻譯，導致心肌梗死后纖維化，導致心肌細胞凋亡的發(fā)生。Kwekkeboom等[10]通過UTMD技術(shù)將心肌中特異性miRNA抑制劑antagomirs向心肌組織靶向性投送，發(fā)現(xiàn)UTMD能顯著提高非缺血心肌組織antagomirs濃度，并且引起的副作用較小，改善心臟功能。GillSL等[11]研究證明UTMD可顯著增強miRNA類似物轉(zhuǎn)染心肌細胞并且不影響細胞活性。超聲介導的靶向基因治療缺血性心臟病的主要機制為促進心肌缺血區(qū)域的血管新生，改善心肌血流灌注。Zhang等[12]應用UTMD聯(lián)合PEI介導PHD2-shRNA對H9C2心肌細胞進行轉(zhuǎn)染，發(fā)現(xiàn)UTMD聯(lián)合PEI能顯著提高基因轉(zhuǎn)染效率，轉(zhuǎn)染后的H9C2心肌細胞，其PHD2表達顯著下調(diào)，HIF-1a及下游血管生成因子(VEGF)表達增加，為缺血性心肌病及心肌梗死后血管再生治療提供了新的靶向方法?！巴踔緞偂钡萚13]發(fā)現(xiàn)，UTMD技術(shù)可介導VEGF與HGF在缺血心肌內(nèi)的高效轉(zhuǎn)染并促進梗死區(qū)域血管新生。曹省等[14-15]利用UTMD技術(shù)介導血管生成素1(Ang1)基因轉(zhuǎn)染犬梗死心肌，能提高Ang1質(zhì)粒在梗死周邊含量，促進梗死心肌周邊血管新生、逆轉(zhuǎn)左室重構(gòu)。急性心肌梗死經(jīng)干細胞移植治療后，移植干細胞會因為梗死區(qū)缺血缺氧及再灌注損傷、炎性因子等惡劣環(huán)境的作用而大量死亡，UTMD則通過改善干細胞微環(huán)境，能明顯增加缺血心肌區(qū)域血流灌注，使干細胞形成更多新的脈管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，恢復室壁厚度，改變受損心臟內(nèi)在修復機制，減小梗死面積，改善心臟功能。有研究[16-17]證實，UTMD靶向介導干細胞因子(SCF)和基質(zhì)細胞衍生因子(SDF-1a)轉(zhuǎn)染到心肌缺血區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)干細胞因子(SCF)和基質(zhì)細胞衍生因子(SDF-1a)在心肌梗死區(qū)表達水平明顯提高，提高祖細胞的生成，增加新生血管密度，心梗面積減小，心肌灌注及心功能亦有所改善。他們還發(fā)現(xiàn)多次UTMD治療后SCF與SDF-1a蛋白和受體的表達增加，并有組織修復功能，而且心肌灌注和心臟功能的也增強了。

2.2 在血管病變中的應用

超聲微泡介導的基因靶向治療可促進新生血管生成和側(cè)枝循環(huán)的建立，為血管缺血性病變的治療帶來福音。Kuliszewski等[18]在超聲靶向介導下將粘附了SDF-1基因和內(nèi)皮祖細胞的微泡向鼠缺血下肢動脈投遞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺血骨骼肌灌注和微血管密度明顯增加。另有研究[19]將內(nèi)皮抑素綠色熒光蛋白質(zhì)粒包載于陽離子微泡中，并應用UTMD技術(shù)靶向向人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞投遞，結(jié)果證明實驗組內(nèi)皮素表達明顯高于對照組，在隨后的治療過程中發(fā)現(xiàn)，其對視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞生長抑制作用明顯增強，為老年性視網(wǎng)膜新生血管形成造成視力障礙的靶向基因治療提供了新的有效手段。血栓形成或栓塞是心血管疾病所致死亡的最重要的獨立危險因素，快速恢復血流供應是改善結(jié)局的首要措施。超聲微泡介導的基因靶向溶栓可明顯提高溶栓效果，降低血栓再發(fā)。蘇強等[20]制作豬冠狀動脈微栓塞模型證明超聲微泡靶向轉(zhuǎn)染MicroRNA-21，通過下調(diào)其靶基因PTEN在心肌細胞的表達，可以有效地改善冠狀動脈微栓塞所致心功能損傷。Nederhoed等[21]通過超聲微泡聯(lián)合纖溶劑靶向作用于豬急性閉塞的外周動脈中，發(fā)現(xiàn)超聲微泡介導的靶向治療是較好的溶栓方式，并且不會引起過敏反應及出血等并發(fā)癥。組織因子途徑抑制劑（TFPI-2）可抑制腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘發(fā)的核因子 κB(NF-κB)的活化，在防治血管再狹窄中具有可觀前景[22]。Wang等[23]用球囊損傷兔的頸動脈，將帶有TFPI-2的超聲微泡注入體內(nèi)后用超聲進行輻照，結(jié)果顯示實驗組可明顯增加血管內(nèi)皮細胞TFPI-2表達，進而抑制血管內(nèi)血栓形成并起到抗血管再狹窄作用。

3.小結(jié)與展望

超聲靶向微泡破壞技術(shù)在治療心血管疾病中取得令人鼓舞的成績。這一技術(shù)能夠安全、非侵人性地提供局部治療，改善危及生命的心血管疾病的最終結(jié)局。但這一方法人存在以下問題：超聲靶向微泡破壞技術(shù)最佳參數(shù)為統(tǒng)一。研究表明，使用過高的超聲參數(shù)雖可介導基因的高效轉(zhuǎn)染，亦可產(chǎn)生不利的生物學效應，如毛細血管破裂、出血，炎癥反應等，因此如何利用最佳的微泡參數(shù)達到最好的轉(zhuǎn)染效果是目前需要解決的問題。對于不同基因不同模型下的最佳轉(zhuǎn)染條件，目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一標準；超聲靶向微泡破壞技術(shù)介導基因治療應用于臨床的安全性和有效性尚需進一步研究和論證。微泡和基因傳遞技術(shù)的融合,不僅療效顯著且產(chǎn)生了極大的效益。希望未來能有更多的超聲介導的靶向治療應用于到臨床實驗當中。

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